A manera de observación general, se debe destacar que la experiencia en este proyecto permitió concluir que más que una cantidad significativa de volumen de la información, lo que se requiere para un buen análisis de los datos es información de buena calidad.
En cuanto a las correlaciones de las variables estáticas o climáticas analizadas, se concluyó que aunque hay tendencias claras entre algunas de las variables consideradas, es probable que estas correlaciones dependan de la interacción de más variables en simultáneo. Esta conclusión resulta de observar cómo las correlaciones entre la máxima temperatura diaria del aire y la máxima temperatura diaria del pavimento, así como entre la máxima radiación solar diaria del ambiente y la máxima temperatura diaria del pavimento, eran claras y definidas cuando se contaba con la información de unas cuantas semanas. Sin embargo, al aumentar el volumen de la información empleada en estas gráficas, la dispersión de los datos aumentó significativamente. Esto se puede deber a que existe una tercera o cuarta variable que puede influenciar la relación entre los datos analizados.
En cuanto a las variables dinámicas, la información capturada por las balanzas de carga WIM permitieron establecer los espectros de carga por eje típicos de los vehículos de Transmilenio. Es importante mencionar que estos espectros corresponden a la carga dinámica que aplican los ejes de los buses articulados sobre el pavimento. Esta carga es usualmente más alta que la estática que se mediría en cada eje si el bus no se encontrara en movimiento. La relación entre la carga dinámica y la estática se conoce como el Factor de Amplificación de Carga o FAC. Para este proyecto se desconoce el valor de FAC, pero datos reportados en estudios de puentes disponibles en la bibliografía científica sugieren que un valor del 30% se puede considerar típico.
En el Capítulo 5 y en el Capítulo 6 se presentaron valores típicos de las variables de respuesta dinámica de los sistemas y se mostraron algunas correlaciones entre la carga aplicada y las deformaciones horizontales que se generan como consecuencia de estas cargas en algunas capas. En general, se observó una alta correlación de proporcionalidad entre estas variables. El procesamiento de las mediciones de variables dinámicas constituyó uno de los principales retos de este proyecto. En general, la cantidad de información que se obtiene de un sistema de instrumentación es abrumadora, más aun cuando se considera que la información relacionada a las variables dinámicas se captura con una frecuencia de 4 milésimas de segundo. Por lo tanto, el diseño, la implementación y el empleo de un software para realizar las actividades de post-procesamiento de las señales de la información dinámica es fundamental para que estos procesos sean eficientes. En el caso de este proyecto, el desarrollo de este software requirió más tiempo del inicialmente estipulado, lo cual afectó el avance en las actividades de análisis de esta información durante los meses iniciales del proyecto. Adicionalmente, se debe contar con un mecanismo para organizar la información recolectada con el objetivo de que ésta sea útil para las actividades posteriores de análisis.
La información de las variables dinámicas también fue empleada para comparar los resultados que ofrece un programa elástico multicapa de uso común en las metodologías de diseño
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mecanicista de pavimentos (KenPave) con los valores reportados por los sensores localizados al interior del pavimento. En general, se observó que los valores de deformaciones unitarias de las capas asfálticas reportados por el programa son superiores a los reportados en campo. El hecho que las mediciones de campo hayan resultado por debajo de los valores teóricos esperados con KenPave® se podría interpretar como un sobrediseño. Sin embargo, no se debe olvidar que los valores de los módulos de las capas empleados en las simulaciones fueron supuestos con valores típicos promedio de estos materiales. Por lo tanto, éstos valores presentan un grado desconocido de incertidumbre, lo que podría eventualmente generar que los valores reales obtenidos de módulo de los materiales en el laboratorio produjeran en KenPave® deformaciones iguales a las obtenidas en campo. De cualquier modo, este resultado ofrece importantes luces sobre la aparente pertinencia de empelar este tipo de programas computacionales en el diseño de pavimentos.
Se puede concluir que los datos que proveen los programas son cercanos a los valores reales e, incluso, se puede decir que en la mayoría de los casos los resultados del programa corresponden a escenarios seguros o más conservadores. Adicionalmente, se observó que las condiciones climáticas generan una alta variación de la respuesta del pavimento. En otras palabras, para un mismo valor de carga la respuesta de los materiales tiene una alta variación como consecuencia de los cambios climáticos que se presentan al interior de la estructura y que afectan las propiedades mecánicas de los materiales.
Por otra parte, la ausencia de valores reales de los módulos de los materiales que se emplearon en los diseños originales de las estructuras dificultó este análisis. No obstante, este ejercicio fue muy interesante y, desde el punto de vista de los resultados obtenidos, es alentador en cuanto a que sugiere que el empleo de programas elásticos multicapa constituye una herramienta confiable para la predicción de la respuesta del pavimento.
Con base en la participación en el Proyecto de Investigación “Instrumentación de Pavimentos – Fase II” (IDU-Uniandes), se recomienda:
1. Implementar sistemas inalámbricos que permitan la revisión y descarga de la información en tiempo real. Esto permitiría detectar errores en la captura de datos con suficiente tiempo de reacción, y así, se aprovecharían de una mejor forma los datos de las primeras semanas considerando que la vida útil de los sensores de variables dinámicas es corta (menos de un mes en el caso de deformímetros).
2. Realizar siempre la instrumentación de los pavimentos con una idea y objetivos claramente definidos, especificando el alcance del proyecto según las necesidades del Consultor; esto permite identificar el número de sensores necesario para cumplir dichos objetivos sin tener que instalar un sistema tan redundante como se hizo en esta oportunidad, que si bien permite un análisis estadístico más representativo, sin duda también genera una dificultad en el manejo de grandes volúmenes de información.
3. En general, para el caso de las variables dinámicas de interés de esta Tesis, se recomienda el mecanismo de captura de carga mediante las balanzas WIM, y en el caso
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demostrar en el proyecto IDU-Uniandes, resulta benéfico en el sentido de la calidad de la información. Sin embargo, deberá tenerse en cuenta que la vida útil de los sensores –al menos con este mecanismo- no supera 1 mes de correcto funcionamiento. Se presume que las fallas pueden ser debidas a que la placa de garolita se suelte del núcleo cortado e instrumentado. En cualquier caso, bajo este conocimiento, se puede realizar una estrategia logística instalando núcleos instrumentados en periodos de tiempo definidos según las necesidades de captura de la información en campo.
4. Sin duda, siempre es necesario contar con las propiedades de los materiales que conforman la estructura de pavimento a instrumentar, por lo que será muy útil contar con una completa caracterización físico mecánica de los materiales del pavimento, así como conocer la naturaleza y características químicas de los ligantes asfálticos empleados puede aportar significativamente al conocimiento del desempeño de la estructura en conjunto según el entorno de trabajo.
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Referencias
Acelas, A.F. “Recopilación y Análisis de Ensayos de Caracterización Dinámica de Materiales Asfálticos en Colombia”. Proyecto de Grado. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Los Andes. Bogotá, Colombia.
Huang, Yang H. “Pavement Analysis and Design”, 2nd Edition, Pearson Education, Inc., Pearson Prentice Hall Company, 2004.
Instituto de Desarrollo Urbano – IDU y la Universidad de los Andes. Convenio de Cooperación No. 10 de 2011. Instrumentación de Pavimentos – Fase II. Bogotá D.C., abril de 2013.
M. Le Guern, E. Chailleux, F. Farcas, S. Dreessen, I. Mabille. Physico-chemical analysis of five hard bitumens: Identification of chemical species and molecular organization before and after artificial aging. Fuel 89 (2010).
Mothé, Michelle G. and others. Thermal Characterization of Asphalt Mixtures by TG/DTG, DTA and FTIR. Departament of Organic Processes, School of Chemistry, Federal university of Rio de Janeiro, Brazil. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol 93 (2008). 105-109.
Ohminato, T., & Bernard, A. (1997). A Free-Surface Boundary Condition for Including 3D Topography in the Finite-Difference Method. Seismological Society of America , 87 (2), 494- 515.
Samuel Lai and Kumares C. Sinha. Purdue University, Indianapolis. Measures of Short-Term Effectiveness of Highways Pavement Maintenance. Journal of Transportation Engineering. Vol 129, No. 6, November 1, 2003. ASCE, USA.
Tristancho, J., Caicedo, B., & Thorel, L. (2010). “Algunos avances en la modelización física en centrífuga para suelos no saturados”. Bogotá, Colombia: Universidad de los Andes, Reconnaissance et Mécanique des Sols.
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Lista de Anexos
ANEXO 1. Ejemplo de reporte semanal consolidado para Variables Climáticas.
ANEXO 2. Ejemplo de reporte semanal consolidado para Variables Estáticas al
interior del pavimento.
ANEXO 3. Ejemplo de reporte consolidado para Variables Dinámicas.
ANEXO 4. Gráficas Carga – Deformación, para cada deformímetro.
ANEXO 5. Gráficas Deformación – Temperatura, para cada deformímetro.
ANEXO 6. Reportes de la modelación en KenPave.
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ANEXO 1
Ejemplo de reporte semanal consolidado
para Variables Climáticas.
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ANEXO 2
Ejemplo de reporte semanal consolidado
para Variables estáticas al interior del
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ANEXO 3
Ejemplo de reporte consolidado para
Variables Dinámicas.
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ANEXO 4
Gráficas Carga – Deformación, para cada
deformímetro.
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ANEXO 5
Gráficas Deformación – Temperatura, para
cada deformímetro.
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